C氣體和溶液實用

會計學(xué)1C氣體和溶液實用2氣體、液體和固體氣體(g)：分子間作用力小，無一定的體積和形狀，具有擴散性和可壓縮性，易流動。液體(l)：分子間作用力介于氣體和固體之間，有一定的體積，無固定形狀，擴散較慢，不可壓縮，易流動。固體(s)：分子間作用力強，具有一定體積和形狀、及一定程度的剛性，擴散速率遠慢于氣體，不流動。第1頁/共93頁31.1氣體1.1.1理想氣體1.1.2混合氣體1.1.3氣體運動基本原理1.1.4實際氣體第2頁/共93頁41.1.1理想氣體定律(狀態(tài)方程)理想氣體：一種假想的氣體模型。要求：(1)氣體分子間沒有作用力;(2)分子本身不占有體積(質(zhì)點)。第3頁/共93頁5實際氣體在高溫、低壓的情況下可以近似為理想氣體。

因為在此條件下，分子間距離大大增加，彼此間的作用力趨向于零，分子所占的體積也可以忽略。難液化的氣體如H2、N2、O2等通?？烧J(rèn)為是理想氣體。

第4頁/共93頁6理想氣體的經(jīng)驗公式

Byele定律：n,T一定時，V1/p;

Gay-Lussac定律：n,p一定時，VT;Avogadro定律：p,T一定時，Vn.(為正比于)第5頁/共93頁7理想氣體狀態(tài)方程：pV=nRT式中：p(壓強)PaV（體積）m3n（物質(zhì)的量）molT（溫度）

KR(氣體常數(shù))

8.314J?mol1?K1

R：摩爾氣體常數(shù)，簡稱氣體常數(shù).第6頁/共93頁8pV的單位R值R的單位Pa?m38.314Pa?m3?mol1?K1或J?mol1?K1Pa?dm38314Pa?dm3?mol1?K1atm?dm30.08206atm?dm3?mol1?K1mmHg?cm362363mmHg?cm3?mol1?K1理想氣體狀態(tài)方程式的R值處理壓力與濃度關(guān)系時有用PV

單位：

Pa

?m3=N?m2?m3=N?m=J

第7頁/共93頁9例如：第8頁/共93頁10例1.1一個體積為40.0dm3的氮氣鋼瓶，在25oC時，使用前壓力為12.5MPa，求鋼瓶壓力降為10.0MPa時用去的氮氣質(zhì)量。解：使用前、后鋼瓶中N2的物質(zhì)的量：第9頁/共93頁11所用的氮氣質(zhì)量為：m=(n1n2)M=(202161)mol28.0g?mol1=1.1103g=1.1kg理想氣體狀態(tài)方程的其他表達式：第10頁/共93頁121.1.2混合氣體分壓定律混合氣體:

兩種或兩種以上的氣體混合在一起組成的體系。組分氣體：混合氣體中的每一種氣體都稱為該混合氣體的組分氣體。例如，空氣是混合氣體,其中的O2,N2,CO2

等,均為空氣的組分氣體.1.基本概念第11頁/共93頁13ni:組分氣體i的物質(zhì)的量；n總：混合氣體的總的物質(zhì)的量。xi:組分氣體i的摩爾分?jǐn)?shù)。

第12頁/共93頁14混合氣體所具有的壓強為總壓(p總)?；旌蠚怏w所占有的體積為總體積(V總)。某組分氣體i單獨存在，且占有總體積時，其所具有的壓強為該組分氣體的分壓(pi)；單獨存在，且具有總壓時所占有的體積為分體積(Vi)。為組分氣體i的體積分?jǐn)?shù)。第13頁/共93頁152.分體積定律：當(dāng)溫度、壓強一定時，混合氣體的總體積等于各組分氣體分體積之和。V總V1V2第14頁/共93頁163.混合氣體分壓定律p總=n總RT/V=(n1+n2+…….ni)RT/V=n1RT/V+n2RT/V+…….+

niRT/V

=p1+p2+…….pi=當(dāng)T、V一定時，第15頁/共93頁17JohnDalton(1766-1844)1801年，Dalton在實驗的基礎(chǔ)上提出了混合氣體的分壓定律，即：混合氣體的總壓等于各組分氣體的分壓之和。第16頁/共93頁18理想氣體混合時,由于分子間無相互作用,故在容器中碰撞器壁產(chǎn)生壓力時,與獨立存在時是相同的,亦即在混合氣體中,組分氣體是各自獨立的。這是分壓定律的實質(zhì)。道爾頓分壓定律只適用于理想氣體混合物。

第17頁/共93頁19例1.225oC時，裝有0.3MPaO2體積為1dm3的容器與裝有0.06MPaN2的體積為2dm3的容器用旋塞連接。旋塞打開，待兩氣體混合后，計算(1)O2,N2的物質(zhì)的量；(2)O2,N2的分壓；(3)混合氣體的總壓。O2V1=1dm3p1=0.3MPaN2V2=2dm3p2=0.06MPa第18頁/共93頁20解：混合前后物質(zhì)的量沒有發(fā)生變化第19頁/共93頁21(2)O2的分壓是它單獨占有V總(3dm3)時所產(chǎn)生的壓強。當(dāng)O2由1dm3膨脹至3dm3:

(3)混合氣體總壓：第20頁/共93頁22Dalton分壓定律的第二種形式：

含義：混合氣體中任一組分氣體的分壓(pi)等于總壓與該組分氣體的摩爾分?jǐn)?shù)之積。第21頁/共93頁23Dalton分壓定律的第三種形式：

含義：混合氣體中任一組分氣體的分壓(pi)等于總壓與該組分氣體的體積分?jǐn)?shù)之積。故第22頁/共93頁24例1.3

293.15K下,一密閉容器內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)NO2(g)N2O4(g)達平衡時，體系的壓力為4.5104Pa，NO2和N2O4的物質(zhì)的量分別為

0.10和0.080mol，求此時NO2和N2O4的分壓。解：由混合氣體分壓定律pi=p總xi

可得第23頁/共93頁25例1.3解：第24頁/共93頁261.2.1溶液濃度的表示方法1.2.2飽和蒸氣壓1.2.3非電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性1.2.4電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性1.2溶液第25頁/共93頁27溶液(solution)：由兩種及兩種以上物質(zhì)混合形成的均勻穩(wěn)定的分散體系。

溶液并不限于液體狀態(tài)，任何聚集狀態(tài)都可以成為溶液，如空氣是氣體溶液，合金是固體溶液。一般常將溶液中含量較多的組分稱為溶劑(solvent)，而將其他組分稱為溶質(zhì)(solute)。當(dāng)有一組分為水時，通常把水看成是溶劑。第26頁/共93頁281.2.1溶液濃度的表示方法溶液的濃度：在一定量溶液或溶劑(物質(zhì)A)中所溶解溶質(zhì)(物質(zhì)B)的量稱為溶液的濃度。第27頁/共93頁29(1)物質(zhì)的量濃度(molarity)：單位體積溶液中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量(用符號c

表示)

。c=溶質(zhì)物質(zhì)的量/溶液體積=nB/V液單位:mol?dm3

或mol?L1.Note:Becausevolumeistemperaturedependent,molaritycanchangewithtemperature.第28頁/共93頁30(2)質(zhì)量摩爾濃度(molality)：1000g(1kg)溶劑中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量(用符號b或m表示)

。b=nB/mA(A為溶劑,B為溶質(zhì))單位：mol?kg1。Becauseneithermolesnormasschangewithtemperature,molality(unlikemolarity)isnot

temperaturedependent.第29頁/共93頁31(3)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(massfraction):

溶質(zhì)的質(zhì)量與溶液的質(zhì)量之比（用符號w表示）。

w=mB/m液

(無量綱)=mB/m液

100%(質(zhì)量百分濃度)第30頁/共93頁32(4)摩爾分?jǐn)?shù)(molefraction):

溶質(zhì)的物質(zhì)的量與溶液的總物質(zhì)的量之比（用符號xB表示）。

xB

=nB/n液

(無量綱)或

xB

=nB/(nB+nA)

xB

+xA=1第31頁/共93頁33例1.4市售的98%(g/g)的濃硫酸，25

oC時密度為1.84g?cm3,求該溶液的物質(zhì)的量濃度,

質(zhì)量摩爾濃度,

溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)。第32頁/共93頁34例1.4解：設(shè)有1dm3(1000cm3)濃硫酸,則第33頁/共93頁35例1.4解：第34頁/共93頁361.2.2飽和蒸氣壓1.純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮?p*或p0)當(dāng)把一純?nèi)軇┓旁谝粋€密閉的容器中(溫度一定)會發(fā)生怎樣的現(xiàn)象呢？第35頁/共93頁37純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮?/p>

開始時，溶劑表面分子由于熱運動會跑到空間去，這一過程為蒸發(fā)。蒸發(fā)是液體氣化的一種方式.開始時蒸發(fā)速度很快，當(dāng)大量的溶劑分子跑到空間去以后，蒸氣分子與液面撞擊又會變?yōu)橐簯B(tài)而回到溶劑中去，這一過程為凝聚。當(dāng)蒸發(fā)速率與凝聚速率達到相等時，即達到了動態(tài)平衡，此時蒸氣所具有的壓強就是飽和蒸氣壓(vapourpressure)。第36頁/共93頁38飽和蒸氣壓：一定溫度下，一純?nèi)軇┲糜诿荛]容器中，當(dāng)蒸發(fā)與凝聚達到動態(tài)平衡時，飽和蒸氣所具有的壓強(p*)。第37頁/共93頁39t/℃p*/kPat/℃p*/kPat/℃P*/kPa10.01.22860.019.92110.0143.320.02.33870.031.16120.0198.630.04.24380.047.34130.0270.240.07.37690.070.10140.0361.550.012.33100.0101.325150.0476.2表1水的蒸氣壓飽和蒸氣壓與溶劑的本性有關(guān)。同一溶劑的蒸氣壓又隨溫度的升高而增大。第38頁/共93頁402.溶液的飽和蒸氣壓思考題1.1：下面的實驗會發(fā)生什么樣的現(xiàn)象？（水自動轉(zhuǎn)移到糖水中去）第39頁/共93頁41溶液的飽和蒸氣壓(p)當(dāng)溶液中溶有難揮發(fā)的溶質(zhì)時,則有部分溶液表面被溶質(zhì)分子所占據(jù),于是,與純?nèi)軇┫啾?，溶液中單位表面在單位時間內(nèi)蒸發(fā)的溶劑分子的數(shù)目減少，溶液上方空間的蒸氣密度亦減?。划?dāng)蒸發(fā)與凝聚達平衡時,此時的飽和蒸氣壓為:p<p*.p*

p>第40頁/共93頁42p*

>

p解釋實驗現(xiàn)象(水自動轉(zhuǎn)移到糖水中去)：

開始時,H2O和糖水均以蒸發(fā)為主;當(dāng)蒸氣壓等于p

時,糖水與上方蒸氣達到平衡,而p*>p,即H2O并未平衡,繼續(xù)蒸發(fā),以致于蒸氣壓大于p.H2O分子開始凝聚到糖水中,使得蒸氣壓不能達到p*.于是,H2O分子從H2O中蒸出而凝聚入糖水.出現(xiàn)了水自動轉(zhuǎn)移到糖水中去的實驗現(xiàn)象.變化的根本原因是溶液的飽和蒸氣壓下降。第41頁/共93頁43溶液有兩大類性質(zhì)：1)與溶液中溶質(zhì)的本性有關(guān)：溶液的顏色、比重、酸堿性和導(dǎo)電性等；2)與溶液中溶質(zhì)的獨立質(zhì)點數(shù)有關(guān),而與溶質(zhì)的本身性質(zhì)無關(guān)——溶液的依數(shù)性(colligativeproperties)：如溶液的蒸氣壓、凝固點、沸點和滲透壓等。第42頁/共93頁44難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液有一定的共同性和規(guī)律性，該類性質(zhì)與一定量溶劑中所溶解溶質(zhì)的數(shù)量成正比，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)，故稱稀溶液的通性，或稱為依數(shù)性(colligativeproperties)，也稱為稀溶液定律。包括稀溶液的蒸氣壓下降、沸點升高、凝固點降低和稀溶液的滲透壓。稀溶液的依數(shù)性第43頁/共93頁即p=p*

p45

同一溫度下達到平衡時，溶液的蒸氣壓必然比純?nèi)軇┑恼魵鈮旱停ㄟ@里所指的蒸氣壓實際上是溶液中純?nèi)軇┑恼魵鈮海４爽F(xiàn)象稱為溶液的蒸氣壓降低。1.蒸氣壓降低1.2.3非電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性第44頁/共93頁46p第45頁/共93頁471887年法國物理學(xué)家拉烏爾(F.M.Raoult)根據(jù)實驗提出了拉烏爾定律。拉烏爾定律：

一定溫度下，稀溶液的蒸氣壓(p)等于純?nèi)軇┑恼魵鈮?p*)乘以溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)(xA)。

p=p*xA第46頁/共93頁48

因為xA+xB=1

所以p=p*(1xB)=p*

p*xB

p*

p=p=p*xB又因為稀溶液nA>>nB,所以第47頁/共93頁49若溶劑為1000g水，則又因為nB=b，所以xB=b/55.5。

故：第48頁/共93頁50因此拉烏爾定律又可描述為：一定溫度下，稀溶液的蒸氣壓下降與溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度成正比，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。p=kbk是比例常數(shù)，又稱蒸氣壓降低常數(shù)。第49頁/共93頁51稀溶液的蒸氣壓下降是造成其沸點升高和凝固點降低的根本原因。第50頁/共93頁522.沸點升高蒸發(fā)：液體表面的氣化現(xiàn)象。沸騰：液體表面和內(nèi)部同時氣化的現(xiàn)象。沸點(b.p.)：當(dāng)液體的蒸氣壓等于外界大氣壓強，液體表現(xiàn)為沸騰時的溫度。正常沸點：外界大氣壓強為101.325kPa

(1atm)時的沸點。第51頁/共93頁53

當(dāng)一種難揮發(fā)的非電解質(zhì)溶質(zhì)溶入溶劑后，溶液的蒸氣壓必然低于同溫度下純?nèi)軇┑恼魵鈮?，因此在同一外壓下，即使溶液的溫度與純?nèi)軇┑姆悬c相同，溶液也不會沸騰。因為此時溶液的蒸氣壓仍低于外壓。欲使溶液沸騰必須將溶液繼續(xù)升溫，直到其蒸氣壓等于外壓時為止?？梢姡芤悍悬c必然高于溶劑沸點，此現(xiàn)象稱為溶液的沸點升高。

第52頁/共93頁54<第53頁/共93頁55Tb=Tb

Tb*=kbbkb

為沸點升高常數(shù)，它決定于溶劑的本性，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。H2O:kb=0.512K(或C)?kg?mol1難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液沸點的升高和溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度成正比:第54頁/共93頁56凝固點(f.p.)：物質(zhì)的液相與固相具有相同蒸氣壓可以平衡共存時的溫度。3.凝固點降低固體(s)液體(l)熔化凝固第55頁/共93頁57凝固點降低<第56頁/共93頁58由于稀溶液的蒸氣壓降低，因此溶液的蒸氣壓曲線位于純?nèi)軇┑恼魵鈮呵€下方。如圖所示，當(dāng)溶液的溫度降低到純?nèi)軇┑哪厅c時，溶液的蒸氣壓曲線并不與固態(tài)純?nèi)軇┑恼魵鈮呵€相交，即在此溫度下，體系中并未出現(xiàn)溶液和純?nèi)軇┕滔喙泊娴臓顟B(tài)。只有將溫度繼續(xù)降低到Tf點時，兩條曲線才相交于B點，在B點，溶液中析出固相A，此時溶液的蒸氣壓（實際為溶劑的蒸氣壓）等于固態(tài)純?nèi)軇┑恼魵鈮?。顯然Tf<Tf*。第57頁/共93頁59稀溶液凝固點降低與沸點升高有同樣的規(guī)律性，亦正比于溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度：

Tf=Tf*Tf=kfbkf

為凝固點降低常數(shù)，它只決定于溶劑本質(zhì)，而與溶質(zhì)本性無關(guān)。H2O的kf=1.86K(或C)?kg?mol1第58頁/共93頁60

醫(yī)學(xué)和生物學(xué)實驗中廣泛應(yīng)用凝固點降低法測溶質(zhì)的分子量，而很少采用沸點升高法，原因在于：高溫時，生物樣品易發(fā)生變性或遭破壞，測不準(zhǔn)。高溫時，溶劑揮發(fā)，濃度逐漸變化。同一溶劑的Kf大于其Kb值，故Tf

較Tb大，測定誤差小，因此低溫有利。第59頁/共93頁61例1.5將2.76g甘油溶于200g水中，測得此溶液的凝固點為272.81K，求甘油的摩爾質(zhì)量。已知水的凝固點為273.15K，水的kf=1.86K?kg?mol1。解：Tf=273.15K–272.81K=0.279K第60頁/共93頁62代入Tf=Kfb

，可得因為第61頁/共93頁63故第62頁/共93頁64NaCl和冰的混合物，最低溫度可降至22C；CaCl26H2O和冰的混合物,最低溫度可達到55C。利用凝固點降低原理可作制冷劑。汽車水箱中加乙二醇、甘油防凍。干冰

f.p.=78.5C液氮

b.p.=196C第63頁/共93頁65半透膜(semipermeablemembrane)：只允許某些物質(zhì)(如溶劑分子)通過，而不允許另一些物質(zhì)(如溶質(zhì)分子)通過的多孔性薄膜。動物的膀胱膜、腸衣、細胞膜、毛細血管壁等是天然的半透膜，人工半透膜有硝化纖維膜和醋酸纖維等高分子薄膜。4.滲透壓第64頁/共93頁66思考題1.2：在U形管中,用半透膜將等高度的H2O和糖水分開,放置一段時間,會發(fā)生什么現(xiàn)象?一段時間后,糖水的液面升高;而H2O的液面降低。

半透膜第65頁/共93頁67滲透：當(dāng)溶液與純?nèi)軇┯冒胪改じ糸_時，溶劑分子通過半透膜向溶液中擴散的現(xiàn)象，稱為滲透(Osmosis)。產(chǎn)生原因：

半透膜兩側(cè)單位體積內(nèi)溶劑分子數(shù)不同;1)滲透現(xiàn)象和滲透壓p<p*

。第66頁/共93頁68滲透現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：蔗糖分子不能透過半透膜，而溶劑水分子卻可以自由通過。在兩側(cè)靜水壓相同的前提下,由于半透膜兩側(cè)單位體積內(nèi)溶劑分子數(shù)目不等，單位時間內(nèi)由純?nèi)軇┻M入溶液中的水分子數(shù)目比蔗糖溶液進入純?nèi)軇┲械臄?shù)目多。其凈結(jié)果使蔗糖溶液一側(cè)液面升高，溶液的濃度降低。

當(dāng)半透膜兩側(cè)透過水分子的速率相等時，達到滲透平衡，液面不再上升，即兩邊液柱的高度不再變化。第67頁/共93頁69產(chǎn)生滲透的條件：I

存在半透膜；II半透膜兩側(cè)單位體積內(nèi)溶劑分子數(shù)目不同(濃度差)。稀濃滲透方向:高蒸氣壓低蒸氣壓第68頁/共93頁70滲透壓：

為使?jié)B透現(xiàn)象不發(fā)生，必須在液面上施加一個額外壓力（見示意圖）。恰好能阻止純?nèi)軇B透作用進行而在溶液面上所施加的壓力，稱為滲透壓(osmoticpressure)，用表示,單位為Pa或kPa。第69頁/共93頁71滲透壓的大小反應(yīng)出溶劑分子通過半透膜滲入該溶液的趨勢。滲透壓越大，滲入的趨勢越大。思考題1.3：若半透膜兩側(cè)為不同濃度的溶液，則為了阻止?jié)B透作用而在濃溶液上施加的壓力是多大呢？答:兩溶液滲透壓之差()。稀濃第70頁/共93頁722)溶液的滲透壓與濃度及溫度的關(guān)系實驗證明，溶液的滲透壓()與溶液的物質(zhì)的量濃度和溶液的絕對溫度成正比。即：第71頁/共93頁73稀溶液的滲透壓定律1886年，荷蘭物理學(xué)家范特霍夫(Van‘tHoff)指出：“稀溶液的滲透壓與濃度和溫度的關(guān)系同理想氣體狀態(tài)方程式相似”。即：式中為滲透壓；

V為溶液的體積；nB為溶質(zhì)的物質(zhì)的量，mol；c為溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度；R為氣體常數(shù)；T為絕對溫度，K。稀水溶液c

b第72頁/共93頁74V=nBRT

各物理量的單位V的單位R值R的單位c的單位Pa?m38.314Pa?m3?mol1?K1或J?mol1?K1mol?m3

(=103mol·dm3)Pa?dm38314Pa?dm3?mol1?K1mol?dm3第73頁/共93頁75滲透壓定律的重要意義在于：一定溫度下，稀溶液的滲透壓只取決于單位體積溶液或單位質(zhì)量溶劑中所含溶質(zhì)的質(zhì)點數(shù)目，而與溶質(zhì)本性無關(guān)。第74頁/共93頁76雖然從形式上看，溶液的滲透壓與理想氣體狀態(tài)方程式十分相似，但兩種壓強(和p)產(chǎn)生的原因完全不同。

滲透壓定律：V=nRT理想氣體狀態(tài)方程：pV=nRT滲透壓與氣體壓強的比較第75頁/共93頁77氣體壓強是由于它的分子碰撞器壁而產(chǎn)生，而溶液的滲透壓并不是溶質(zhì)分子運動的直接結(jié)果，而是溶劑分子在半透膜兩邊運動所致。滲透壓只有在半透膜兩側(cè)分別存在溶液和溶劑（或兩邊濃度不同的溶液）時才能表現(xiàn)出來。第76頁/共93頁78滲透壓也常被用來測定物質(zhì)的摩爾質(zhì)量。例1.6有一種蛋白質(zhì)，估計它的摩爾質(zhì)量在15000g?mol1

左右。如果在20oC時，取1.00g樣品溶于100g水中，試問利用哪一種依數(shù)性來測定摩爾質(zhì)量好一些？已知:H2Okb=0.512K?kg?mol1;

kf=1.86K?kg?mol1.第77頁/共93頁79Tb=kbb=0.512K?kg?mol1

6.67104mol?kg1=3.41104KTf=kfb=1.86K?kg?mol1

6.67104mol?kg1=1.24103K例1.6解：第78頁/共93頁80

=cRT

bRT

=6.67104mol?dm3

8314Pa?dm3?mol1?K1

293K=1625Pa計算結(jié)果表明：Tb、Tf

值都小，不易精確測量，故用滲透壓測定最好。

例1.6解：第79頁/共93頁814)反滲透作用反滲透作用的結(jié)果，使溶液中溶劑量減少，溶液濃度增大，而半透膜外純?nèi)軇┝吭黾樱瑥亩蛛x出純?nèi)軇?。?dāng)溶液由半透膜與純?nèi)軇└糸_后就產(chǎn)生滲透現(xiàn)象。若在溶液一側(cè)外加一個大于滲透壓的壓力時，滲透方向就會改變，即溶劑分子從溶液中向純?nèi)軇┲袧B透，這種現(xiàn)象稱反滲透。第80頁/共93頁82反滲透可用于海水的淡化和廢水的處理。目前，我國已在浙江舟山建成了日處理量達1萬t的反滲透海水淡化工程。反滲透技術(shù)的主要問題在于尋找一種高強度、耐腐蝕、處理更便利的半透膜。近年來研制了由尼龍或醋酸纖維制成的合成薄膜用于反滲透裝置。第81頁/共93頁83稀溶液依數(shù)性的總結(jié)非電解質(zhì)稀溶液具有依數(shù)性，表現(xiàn)在：溶液的蒸氣壓降低、沸點升高、